以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法技术

以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法，属于油气田水力压裂施工开采用支撑剂技术领域，解决了现有技术中混料不匀，烧结过程中晶粒异常长大导致产品性能不稳定，无法规模化生产的问题。本发明专利技术采用球磨原料‑造粒‑烘干‑烧结‑过筛的方法制备陶粒支撑剂，它包括焦宝石熟料和白云石，各种原料的质量百分比为：焦宝石熟料86~98％，白云石2~14%，所述焦宝石熟料和白云石的总量为100%。本发明专利技术制备的陶粒支撑剂，制备的陶粒均匀性好，抗压强度高，性能稳定，具有低的体积密度、低的视密度、较高抗破碎能力及表面光洁度较好等优点，具有耐高温耐腐蚀等优异性能，能长期适用于高温和高腐蚀性的地下环境，性能符合SY/T5108‑2014技术标准。

Low density ceramsite proppant prepared by using coke and dolomite as raw material and preparation method thereof

With calcined clinker and dolomite as raw materials for the preparation of low density ceramic proppant and preparation method thereof, belonging to the oil and gas field by hydraulic fracturing proppant technology, solves the uneven material mixed in the prior art, the abnormal grain growth during sintering leads to product performance instability, not the problem of large-scale production. The invention adopts ball milling material granulation drying sintering sieving method preparation of ceramsite proppant including pyrojewel clinker and dolomite, quality of raw materials: percentage of pyrojewel dolomite clinker 86~98%, 2~14%, the total amount of coke is 100% dolomite clinker and precious stones. The prepared ceramic proppant, preparation of ceramsite has good uniformity, high compressive strength, stable performance, low density, low apparent density, high strength and good surface finish, high temperature corrosion resistance and other excellent properties, suitable for long-term high temperature and corrosion the underground environment, performance of the SY/T5108 2014 technical standards.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于油气田水力压裂施工开采用支撑剂
，特别涉及一种以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂及其制备方法。
技术介绍
陶粒支撑剂是石油、天然气、页岩气、煤层气等低渗透油气井，开采压裂施工过程中使用的关键材料。使用陶粒支撑剂压裂的油井，不但能增加油气产量，而且更能延长油气井的服务年限。陶粒支撑剂的性能要求主要有：1、支撑剂要有足够高的抗压强度和抗磨损能力，能耐受注入时的强大压力和摩擦力，并有效支撑人工裂缝。2、支撑剂颗粒相对密度要低，便于泵入井下。3、支撑剂颗粒在温度为200度的条件下，与压裂液及储层流体不发生化学作用，酸溶解度最大允许值应小于7%。目前常用的支撑剂主要有石英砂、铝钒土陶粒砂及树脂覆膜砂等。由于石英砂成本低，同时密度较低、易于泵送，被大量使用，但石英砂强底低、球度差，裂缝导流能力低，不适合用于高闭合压力的深井。树脂覆膜砂的球度高，耐腐蚀性比较强，导流能力也较好，但产品保持期短，造价过高，制备工艺繁琐。而烧结陶粒支撑剂，球度好，耐腐蚀，耐高温，耐高压，同时成本可以得到较好的控制，因此越来越广泛的被油气田所采用。实践证明，使用陶粒支撑剂压裂的油井可提高产量30～50%。国内大量的陶粒支撑剂厂家均是以高品位铝矾土为主要原料，但是随着铝矾土资源的日渐贫乏以及国际油价的降低，急需开发出一种利用其它廉价原料所制备的陶粒支撑剂。目前有一些使用焦宝石制备陶粒支撑剂的报道：例如中国专利（公开号：CN103666443A）提出了一种低密陶粒支撑剂的制备方法，该方法以焦宝石为主要原料，添加钾长石为助剂，羧甲基纤维素为粘结剂，聚丙烯酸钠为分散剂，经混料球磨、造粒、在1300～1450℃烧结2～3小时制得；中国专利（公开号：CN103484098A）公开了一种制备低密度高强度陶粒支撑剂的方法，该方法以铝土矿尾矿和焦宝石为主要原料，添加石英砂、铁红粉和氧化铝粉，在1100～1500℃烧结3～5小时制得；中国专利（公开号：CN 103468240A）报道了一种以焦宝石尾矿为原料的超低密陶粒支撑剂的制备方法，该方法以焦宝石、焦宝石尾矿、硅石和添加剂为原料；中国专利（公开号：CN103468239A）公开了一种以焦宝石熟料为原料的低密度陶粒支撑剂的制备方法，该方法以焦宝石熟料为原料，未添加任何助剂，在1200～1500℃烧结2～3小时制得；中国专利（公开号：CN103756665A）公开了一种以焦宝石为原料的低密度支撑剂及其制备方法，该方法以焦宝石生料、欠烧焦宝石、易磨砂岩为主要原料，在此基础上另外加入0.5~3%的熔剂；所述熔剂为白云石、石灰石、碱式碳酸镁中的一种或多种。总之，现有技术中制备以焦宝石为原料的低密高强陶粒支撑剂一般会选用多种原料混合制备，其原因是为了提高机械强度常加入强度增加剂如：铝矾土、锆英砂、钛精矿等，为了提高陶粒的成球性常加入黏土、粘结剂等，这样在混料过程中经常会导致混料不匀，烧结过程中晶粒异常长大，最后产品性能不稳定，不利于陶粒支撑剂的大范围、规模化生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有技术中陶粒支撑剂存在的不足之处，采用的原料种类只有焦宝石熟料和白云石两种，陶粒均匀性好，抗压强度高，制备工艺简单，降低油气井开采成本，并能使油气井增产，同时缓解高品位铝矾土资源的使用压力，本专利技术提出一种利用焦宝石熟料和白云石制备低密度陶粒支撑剂及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案予以实现。以焦宝石熟料为原料的低密度陶粒支撑剂，它包括焦宝石熟料和白云石，各种原料的质量百分比为：焦宝石熟料86~98％，白云石2~14%，所述焦宝石熟料和白云石的总量为100%。进一步的，所述焦宝石熟料的化学组成按重量比如下：Al2O3含量为49～59%，SiO2含量为25～35%，TiO2含量为2.5～3.5%，Fe2O3含量为0.5～2%，其它不可避免的杂质含量为10~15%。进一步的，所述白云石的化学组成按重量比如下：CaO含量为30～40%，MgO含量为20~25%，Fe2O3含量为0.05~0.2%，SiO2含量为0.5～1.5%，Al2O3含量为0.05～1%，烧失量40~50%。制备以焦宝石熟料和白云石为原料的低密度陶粒支撑剂的方法，按照下述步骤依次进行：a、将焦宝石生矿进行煅烧处理，获得焦宝石熟料；b、将白云石和经过煅烧焦宝石熟料分别破碎球磨至300目；c、按原料及其质量百分比：焦宝石熟料86~98％、白云石2~14%的干料进行均匀混合；d、向混合均匀的干料中添加水，所述添加的水的质量为混合干料总质量的15～25%，混合干料加水后置于混合机中滚动成球粒；e、将球粒置于烘干箱中进行干燥，获得粒径在20～26目之间的球粒为半成品；f、将上述半成品置于加热炉中进行煅烧，其中煅烧温度为1250～1450℃，煅烧时间为2～3小时；g、将上述成品过筛，取得20-40目之间的陶粒，即为以焦宝石熟料为原料的低密度陶粒支撑剂。进一步的，所述步骤a中煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为2.5～4小时。进一步的，所述步骤b中破碎球磨后焦宝石熟料及白云石的粒度均小于0.054mm。进一步的，所述步骤e中干燥温度为90～110℃。进一步的，所述步骤f中升温速率为5℃/min。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。1、利用本专利技术技术方案制备的陶粒支撑剂，由于原料种类只有两种，所以在制备过程中利于混料均匀，烧结制备的陶粒均匀性好，抗压强度高，性能稳定，实验重复性高，该陶粒支撑剂具有低的体积密度、低的视密度、较高抗破碎能力及表面光洁度较好等优点，性能符合SY/T5108-2014技术标准。2、本专利技术技术方案制备的陶粒支撑剂，其原料一种为添加白云石，可以明显降低陶粒支撑剂的体密以及视密，但仍然保持较高的抗压强度，降低作业成本提高油气井开采效率；另一种为焦宝石熟料，在其中加入适量的白云石制备的陶粒支撑剂，其物相中只含有莫来石晶相，没有方石英相，说明该陶粒支撑剂具有耐高温耐腐蚀等优异性能，能长期适用于高温和高腐蚀性的地下环境。3、本专利技术提出的制备以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂的方法，采用球磨原料-造粒-烘干-烧结-过筛即可得到陶粒成品，制备工艺简单，能有效降低油气井开采成本，并能使油气井增产，同时缓解高品位铝矾土资源的使用压力。附图说明图1为实施例一制得的陶粒支撑剂放大1万倍后微观组织形貌图。图2为实施例二制得的陶粒支撑剂放大1万倍后微观组织形貌图。图3为实施例三制得的陶粒支撑剂放大1万倍后微观组织形貌图。图4为实施例四制得的陶粒支撑剂放大1万倍后微观组织形貌图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做详细说明：本实施例是以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下面的实施例。实施例一如图1所示，以焦宝石熟料和白云石为原料的低密度陶粒支撑剂，它包括焦宝石熟料和白云石，各种原料的质量百分比为：焦宝石熟料96％，白云石4%，所述焦宝石熟料和白云石的总量为100%。进一步的，所述焦宝石熟料的化学组成按重量比如下：Al2O3含量为50%，SiO2含量为32%，TiO2含量为3%，Fe2O3含量为1%，其它含量14%。进一步的，所述白云石的化学组成按本文档来自技高网...

【技术保护点】
以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于：它包括焦宝石熟料和白云石, 各种原料的质量百分比为：焦宝石熟料86~98％，白云石2~14%，所述焦宝石熟料和白云石的总量为100%。

【技术特征摘要】
1.以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于：它包括焦宝石熟料和白云石, 各种原料的质量百分比为：焦宝石熟料86~98％，白云石2~14%，所述焦宝石熟料和白云石的总量为100%。2.根据权利要求1所述的以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于：所述焦宝石熟料的化学组成按重量比如下：Al2O3含量为49～59%，SiO2含量为25～35%，TiO2含量为2.5～3.5%，Fe2O3含量为0.5～2%，其它不可避免的杂质含量为10~15%。3.根据权利要求1所述的以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂，其特征在于：所述白云石的化学组成按重量比如下：CaO含量为30～40%，MgO含量为20~25%，Fe2O3含量为0.05~0.2%，SiO2含量为0.5～1.5%，Al2O3含量为0.05～1%，烧失量40~50%。4.制备如权利要求1~3任一项所述的以焦宝石熟料和白云石为原料制备的低密度陶粒支撑剂的方法，其特征在于按照下述步骤依次进行：a、将焦宝石生矿进行煅烧处理，获得焦宝石熟料；b、将白云石和经过煅烧焦宝石熟料分别破碎球磨至300目；c、按原料及其质量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：武雅乔，王凯悦，田玉明，郝建英，周毅，力国民，邹欣伟，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14